Kehancuran tanpa Batas: Tabrakan Bintang Neutron dan Potensi Kepunahan di Bumi

Bintang neutron dapat dianggap sebagai salah satu benda langit yang paling eksotis di alam semesta. Keunikan bintang neutron termanifestasi dalam sifat-sifatnya, termasuk gravitasi, medan magnet, massa jenis, dan suhu, yang secara signifikan melampaui ukuran fisiknya. Bintang neutron berbeda secara substansial dari bintang pada umumnya. Objek bintang neutron, dengan inti yang memiliki densitas tinggi, diakui sebagai objek terpadat kedua di alam semesta setelah lubang hitam. Sebagai contoh, jika ilmuwan berhasil mengambil sampel dari material bintang neutron dalam volume setara 1 butir pasir saja, massanya dapat setara dengan bobot kapal feri seberat 500.000 ton. Perilaku “ekstrem” bintang neutron menjadikannya subjek penelitian yang menarik bagi para astronom, terutama astrofisikawan yang memfokuskan perhatian pada sifat fisika benda langit. Dalam konteks ini, bintang neutron menyajikan tantangan dan potensi penemuan baru yang dapat membuka wawasan lebih dalam tentang alam semesta.

Setelah terbentuk, bintang neutron tidak lagi aktif menghasilkan panas atau energi, namun mendingin seiring waktu. Bintang neutron mungkin masih bisa berkembang lebih jauh melalui tabrakan atau akresi. Sebagian besar model ilmiah menteorikan bahwa hampir seluruh bintang neutron terdiri dari partikel neutron (partikel subatomik tanpa muatan listrik netto dengan massa yang sedikit lebih besar dari proton); elektron dan proton yang ada dalam materi normal dapat bergabung dan membentuk neutron pada kondisi bintang neutron.

Massa yang sangat besar pada bintang neutron dipertahankan oleh tekanan degenerasi neutron, suatu keadaan di mana partikel neutron di dalamnya ditekan sedemikian rupa sehingga mereka tidak dapat menempati keadaan energi yang sama. Hal tersebut mencegah perubahan lebih lanjut dan mematuhi Prinsip Pengecualian Pauli, yang menyatakan bahwa tidak ada dua partikel identik yang dapat menduduki keadaan kuantum yang sama. Fenomena ini dapat dibandingkan dengan proses yang terjadi pada katai putih, yaitu bintang yang telah mengalami keruntuhan dan ditahan oleh tekanan degenerasi elektron. Sama seperti dalam bintang neutron, tekanan degenerasi ini menghentikan keruntuhan lebih lanjut karena elektron tidak dapat menghuni keadaan energi yang sama.

Namun, perlu dicatat bahwa tekanan degenerasi neutron memiliki batasan. Ketika massa objek mencapai nilai di atas 0,7 massa Matahari (M☉), tekanan degenerasi neutron tidak cukup untuk menahan gravitasi yang sangat kuat. Pada titik ini, gaya nuklir repulsif, yaitu tolakan antara nukleon-nukleon di inti atom, memainkan peran yang lebih signifikan. Kombinasi antara tekanan degenerasi neutron dan gaya repulsif nuklir berperan penting dalam menentukan stabilitas suatu bintang neutron. Namun, ada batasan lain yang perlu diperhitungkan, yaitu batas Tolman–Oppenheimer–Volkoff. Ketika massa sisa bintang neutron melebihi sekitar dua kali massa Matahari, tekanan degenerasi dan gaya nuklir repulsif tidak lagi cukup untuk menahan gaya gravitasi yang kuat. Akibatnya, bintang neutron tersebut dapat runtuh menjadi lubang hitam, suatu entitas dengan gravitasi yang begitu kuat sehingga tidak ada materi atau bahkan cahaya yang dapat melarikan diri darinya.

Bintang neutron yang diamati umumnya memiliki suhu yang sangat panas, yakni memiliki suhu permukaan sekitar 600.000 K. Medan magnet Bintang neutron berkekuatan antara 10⁸ – 10¹⁵ (100 juta hingga 1 kuadriliun) kali lebih kuat dari medan magnet Bumi. Medan gravitasi di permukaan bintang ini adalah sekitar 2 × 10¹¹ (200 miliar) kali lebih kuat dari medan gravitasi bumi.

Ketika bintang neutron mengalami keruntuhan atau kolaps, kekekalan momentum sudut menyebabkan peningkatan laju rotasi inti. Bintang neutron yang terbentuk sebagai hasil dari proses ini dapat memiliki tingkat rotasi yang sangat tinggi, bahkan mencapai beberapa ratus kali per detik. Fenomena ini dapat menjelaskan keberadaan pulsar, bintang neutron yang memancarkan berkas radiasi elektromagnetik secara teratur sehingga dapat dideteksi oleh instrumen astronomi. Penemuan pulsar pada tahun 1967 oleh Jocelyn Bell Burnell dan Antony Hewish adalah momen penting dalam astronomi, karena memberikan indikasi pertama bahwa bintang neutron sebenarnya ada. Radiasi yang dipancarkan oleh pulsar diyakini berasal dari daerah dekat kutub magnet bintang neutron. Jika kutub magnet tidak sejajar dengan sumbu rotasi, berkas radiasi akan menyapu langit seperti efek mercusuar. Ketika dilihat dari kejauhan, pengamat di jalur pancaran akan melihat pulsa radiasi yang terjadi secara teratur, menciptakan efek pulsa atau pulsa periodik di ruang angkasa.

Sebagai catatan menarik, bintang neutron dengan rotasi tercepat yang tercatat adalah PSR J1748-2446ad. Bintang ini berputar dengan kecepatan mencengangkan, yaitu 716 kali per detik atau setara dengan 43.000 putaran per menit. Kecepatan linier di permukaannya bahkan mencapai sekitar seperempat kecepatan cahaya, menunjukkan tingkat energi dan rotasi yang luar biasa pada objek ini.

Diperkirakan bahwa dalam galaksi Bima Sakti terdapat sekitar satu miliar bintang neutron. Estimasi ini diperoleh dengan memperhitungkan jumlah bintang yang mengalami ledakan supernova di galaksi ini. Meskipun demikian, sebagian besar dari bintang neutron ini telah mencapai usia tua dan suhunya telah merosot, menyebabkan pancaran radiasinya sangat minim. Mayoritas bintang neutron yang telah terdeteksi biasanya muncul dalam keadaan khusus, seperti menjadi pulsar atau menjadi bagian dari sistem bintang biner.

Bintang-bintang neutron yang berotasi dengan kecepatan rendah dan tidak mengalami akresi, yaitu penambahan materi dari bintang pasangannya, hampir tidak bisa terdeteksi secara langsung. Namun, sejak penemuan objek bernama RX J185635−3754 oleh Teleskop Luar Angkasa Hubble, beberapa bintang neutron terdekat tampaknya hanya memancarkan radiasi termal, tanpa adanya aktivitas khusus seperti pulsar.

Adanya fenomena pengulangan sinar gamma lembut dianggap berasal dari jenis bintang neutron tertentu, seperti magnetar yang memiliki medan magnet yang sangat kuat, atau bintang neutron yang memiliki cakram fosil mengelilinginya. Magnetar adalah bintang neutron yang dikenal dengan medan magnet ekstrem, sedangkan cakram fosil adalah cakram materi yang tertinggal dari periode sebelumnya ketika bintang tersebut masih dalam bentuk proto-bintang atau bintang awal.

Bintang neutron yang berada dalam hubungan pasangan dengan bintang lain dapat mengalami proses akresi, yaitu saat materi dari bintang pasangan tersebut jatuh ke permukaan bintang neutron. Akresi bisa terjadi melalui tabrakan. Akibatnya, sistem ini dapat menjadi lebih terang dalam spektrum sinar-X, menyebabkan pancaran energi tinggi yang dapat terdeteksi oleh instrumen astronomi. Ketika materi ini jatuh ke bintang neutron, titik panas dapat terbentuk dan berputar masuk dan keluar dari pandangan kita, menciptakan pola pulsasi yang teridentifikasi dalam sistem pulsar sinar-X.

Proses akresi juga memiliki potensi untuk “menghidupkan kembali” pulsar yang sudah tua, memberinya massa tambahan, dan meningkatkan laju rotasinya hingga mencapai kecepatan yang sangat tinggi. Hasilnya adalah pembentukan objek yang dikenal sebagai pulsar milidetik. Sistem biner ini akan terus mendekati satu sama lain seiring waktu, dan akhirnya, mereka bisa bersatu dalam suatu tumbukan. Hasil dari tumbukan ini dapat bervariasi, termasuk pembentukan objek kompak seperti katai putih atau bintang neutron, meskipun ada kemungkinan lain seperti penghancuran total pasangan bintang melalui ablasi atau penggabungan.

Penggabungan bintang neutron biner dianggap sebagai sumber yang mungkin untuk terjadinya semburan sinar gamma berdurasi pendek, suatu fenomena astronomi yang terkait dengan pelepasan energi luar biasa selama waktu yang sangat singkat. Selain itu, penggabungan ini juga dianggap sebagai sumber gelombang gravitasi terkuat. Pada tahun 2017, gelombang gravitasi pertama kali berhasil dideteksi secara langsung (GW170817) dalam kejadian yang melibatkan penggabungan dua bintang neutron. Penemuan ini memperkuat pemahaman kita tentang keterkaitan antara peristiwa astronomi dan fenomena gravitasi dalam alam semesta. Gelombang gravitasi juga telah terdeteksi secara tidak langsung dalam sistem di mana dua bintang neutron mengorbit satu sama lain, membuka jendela baru untuk memahami sifat dasar alam semesta ini.

Lalu apa yang terjadi pada Bumi jika bintang neutron bertabrakan? Apakah Bumi akan hancur?

Bumi tidak hanya berisiko hancur dan rusak akibat tabrakan dengan asteroid, melainkan juga dapat menghadapi ancaman serius dari pancaran radiasi yang berasal dari peristiwa tabrakan bintang neutron yang disebut sebagai Kilonova. Lebih rinci, Kilonova terjadi ketika sepasang bintang neutron bertabrakan, menciptakan pancaran radiasi intens sesaat. Radiasi ini mencakup sinar-X, sinar kosmik, dan sinar gamma. Meskipun peristiwa ini terjadi di luar angkasa, dampak radiasinya dapat mencapai Bumi dengan potensi merusak yang luar biasa.

Para ilmuwan telah menghitung bahwa jika penggabungan dua bintang neutron terjadi dalam jarak sekitar 36 tahun cahaya dari Bumi, radiasi yang dihasilkan dapat menyebabkan peristiwa kepunahan massal. Hal ini dikarenakan bintang neutron memiliki kepadatan yang sangat tinggi. Hanya sejumput materi dari bintang neutron, sebesar satu sendok teh, dapat memiliki massa mencapai 1 miliar ton atau setara dengan 1 triliun kilogram. Dengan kepadatan yang besar ini, ledakan partikel yang dihasilkan dapat mengikis lapisan ozon Bumi, membuatnya lebih rentan terhadap penetrasi radiasi ultraviolet selama periode yang lama, bahkan hingga 1000 tahun.

Dengan demikian, ancaman Kilonova tidak hanya terbatas pada skala astronomis, tetapi juga dapat memiliki dampak signifikan terhadap lingkungan Bumi dan keberlangsungan kehidupan di planet ini. Peristiwa seperti ini menunjukkan kompleksitas hubungan antara peristiwa astronomi jauh di luar tata surya kita dan konsekuensi langsung yang dapat memengaruhi kehidupan di Bumi. Lebih lanjut, ilmuwan berteori bahwa jarak spesifik keselamatan dan komponen yang paling berbahaya tidak dapat dipastikan karena sebagian besar efeknya bergantung pada beberapa faktor seperti sudut pandang terhadap peristiwa tersebut, energi ledakan, massa material yang dikeluarkan, dan banyak lagi.

Sinar kosmik, menurut para ilmuwan, merupakan partikel yang menjadi sumber keprihatinan utama dalam konteks ancaman dari luar angkasa. Penting untuk memahami bahwa tabrakan antar bintang dapat memicu pembentukan gelembung sinar kosmik yang dapat merambat dan menyelimuti semua yang berada di jalurnya. Partikel-partikel bermuatan dengan tingkat energi yang tinggi ini juga dapat menghantam Bumi, menghadirkan potensi risiko yang signifikan. Selain itu, sinar gamma, yang merupakan bentuk energi elektromagnetik yang sangat kuat, bahkan dapat memicu pembakaran objek langit yang berada dalam jarak sekitar 297 tahun cahaya dari jalurnya. Di Bumi, dampaknya mencakup pelarutan ozon secara tidak langsung, yang membutuhkan waktu sekitar 4 tahun untuk pemulihan ozon Bumi.

Emisi sinar X, di sisi lain, terjadi akibat tabrakan antara sinar gamma dan debu bintang di sekitarnya. Proses ini dapat memiliki dampak serupa dengan radiasi sinar gamma terhadap lapisan ozon Bumi. Efeknya bahkan dapat bertahan lebih lama daripada sinar gamma, tetapi Bumi harus berada dalam jarak sekitar 16 tahun cahaya dari sumber radiasi tersebut untuk mengalami pengaruh yang signifikan.

Sebelumnya, para ilmuwan telah mempelajari tabrakan antara bintang neutron pada tahun 2017, meskipun jaraknya masih sekitar 130 juta tahun cahaya dari Bumi. Kejadian ini hanya melepaskan partikel dengan massa sekitar 1300 kali massa Bumi. Para ilmuwan meyakini bahwa dengan mempelajari peristiwa Kilonova, mereka dapat mendapatkan wawasan baru tentang asal-usul pembentukan unsur-unsur berat di Bumi, seperti platinum, uranium, dan emas. Kilonova ini merupakan suatu bentuk peristiwa tabrakan bintang neutron yang menghasilkan kilat sinar gamma dan dapat memberikan informasi berharga tentang evolusi unsur-unsur di alam semesta.

Referensi:

“A companion to astronomy and astrophysics: chronology and glossary with data tables“. Choice Reviews Online. 44 (05): 44–2677–44–2677. 2007-01-01. doi:10.5860/choice.44-2677. ISSN 0009-4978.

Haensel, P.; Potekhin, A. Y.; Yakovlev, D. G., ed. (2007). “Neutron Stars 1“. Astrophysics and Space Science Library. doi:10.1007/978-0-387-47301-7. ISSN 0067-0057.

Lyne, Andrew; Graham-Smith, Francis. Pulsar Astronomy. Cambridge: Cambridge University Press. hlm. 151–169. ISBN 978-0-511-84458-4.

Demorest, P. B.; Pennucci, T.; Ransom, S. M.; Roberts, M. S. E.; Hessels, J. W. T. (2010-10). “A two-solar-mass neutron star measured using Shapiro delay“. Nature. 467 (7319): 1081–1083. doi:10.1038/nature09466. ISSN 0028-0836.

Antoniadis, John (2014-09-24). Springer Theses. Cham: Springer International Publishing. hlm. 63–68. ISBN 978-3-319-09896-8.

SwopeTeam; r/Science. “Science AMA: We are the first people to observe neutron stars colliding that the LIGO team detected, we’re the Swope Discovery Team, ask us anything about supernovas, astrophysics, and, of course, neutron star collisions, AMA!“. The Winnower. Diakses tanggal 27 Januari 2024.